細胞拉伸應(yīng)力加載分析系統(tǒng)（Cell  Stretchers CS-10 Series）

研究細胞在受到機械壓力、拉力或其它機械刺激時的各種形變，目前已經(jīng)成為一門前沿科學----力學生物學，為此科學家研發(fā)出很多裝置用于拉伸細胞。通常的方法是在一張彈力薄膜上培養(yǎng)細胞，然后拉伸薄膜，從而拉伸附著在薄膜上的細胞。但這種方法有一個顯著的缺點，就是細胞在拉伸過程中或者在拉伸結(jié)束，都沒有辦法取像記錄，這是因為細胞相對于顯微鏡光軸發(fā)生位移。細胞拉伸儀CS-10系列解決了上述問題，且增加了很多實用的功能，是研究細胞應(yīng)力加載的必備儀器。

細胞拉伸儀，又稱細胞組織拉伸應(yīng)力加載分析系統(tǒng)，簡單的說，是一個模擬細胞生長過程中機械應(yīng)力的裝置。CS-10如果與快速圖像獲取裝置聯(lián)合使用，可以動態(tài)觀察活細胞，例如，可以觀察當細胞受到應(yīng)力刺激時胞間鈣離子濃度的變化。CS-10系統(tǒng)的最大的特征，在于它的拉伸腔室，拉伸腔室可以使用商業(yè)化生產(chǎn)的PDSM膜，這種透明的薄膜在熒光顯微鏡和倒置顯微鏡下均可以使用，甚至在油鏡下使用。拉伸儀的操作系統(tǒng)與顯微鏡的圖像獲取系統(tǒng)無關(guān)，是獨立可裝載在計算機上運行的。

 

應(yīng)力加載裝置（Stretch/Compression Device）

下圖是此裝置的原理圖。此裝置有兩個不同功能、不同原理的補償結(jié)構(gòu)。一個補償結(jié)構(gòu)位于膜室，使用者加載應(yīng)力于膜室，此結(jié)構(gòu)主要進行膜形變的補償。另一個補償結(jié)構(gòu)位于主板（base plate），通過這個主板沿著拉伸/壓縮軸的橫向位移進行補償。兩個補償結(jié)構(gòu)的聯(lián)合作用，確保在加載力的時候膜保持在一定區(qū)域。膜室安裝在兩個滑塊上（sliding block），由兩個滑塊進行形變補償。滑塊以線性相反方向運動，繼而改變膜室的長度，達到細胞形變的目的。一個滑塊通過滾珠絲桿進給系統(tǒng)直接由SC馬達控制，而另一個滑塊通過金屬帶和滑輪結(jié)構(gòu)被拉向相反方向。馬達驅(qū)動的滑塊的任何運動均通過滑輪裝置對應(yīng)另一滑塊相同的位移量。一根彈簧兩端連接著滑塊，彈簧提供了一個持久的拉力，繼而必須的反作用力使得金屬帶保持張力。兩滑塊間的距離增加，彈簧的反作用力使間距變小，滑塊間距增加要有馬達驅(qū)動，而相反的彈簧力使間距變小。為了補償膜在橫軸向的位移，載物板（carrier plate）通過線性運動向?qū)В╣uide在圖中沒有顯示）在軸向移動。每一部分的形變補償裝置都固定在載物板（carrier plate）上，這種補償是一個整體的運動。兩個伺服馬達（一個SC馬達，另一個compensation馬達）外部相連接，由計算機進行整體控制。計算機需要安裝專門的軟件，這個軟件不僅可以計算出載物板（carrier plate）應(yīng)該移動多少距離來補償拉伸引起的位移，而且具有友好的圖形交互界面，供用戶輸入應(yīng)力加載程序。

1. 可以編程任一應(yīng)力程序，包括循環(huán)程序，而且力的形式也可以任意：線性的、正弦的、反曲的（sigmoidal）。程序中的暫停，以及循環(huán)中間加入靜止期，或者重復特殊的某一特殊的加載。

2. 膜室沿軸向的位置通過補償運動機制進行獨立的改變。

3. SC補償結(jié)構(gòu)里面的里面的兩個滑塊的距離在安裝膜室時可以調(diào)動，任意長度的膜室均可以快速安裝到滑塊上，同理，預拉伸的細胞的膜室也可以安裝用來進行壓縮力的研究。

 

膜室（包含預拉伸固定器）

膜室由透明的膜（厚127microns）和預拉伸固定器（prestrain  holder）兩部分組成。膜夾具（membrane holder）夾緊膜后，膜底部平坦，夾具分布兩邊（類似兩壁），淺碟子形狀的膜室初現(xiàn)，可以將這樣子的膜室視為一個培養(yǎng)器皿。隨后，將膜室掛在預拉伸固定器上（一般膜室在隨后的滅菌、膜表面包被、接種細胞流程中均掛在這里），然后，再卡合到底部的金屬軌條上（plate rail）。15cm培養(yǎng)皿不僅作為膜室滅菌的容器，而且也可以作為低倍顯微鏡觀察細胞生長的平臺。

膜夾具上的兩個金屬桿將膜室安裝到SC補償裝置的兩個滑塊上（sliding block），桿和滑塊的設(shè)計巧妙，安裝和卸載膜室都簡單自如，整個安裝過程也不會引起膜非預訂的形變（這往往會影響真實的結(jié)果）。兩個膜夾具可以沿著金屬軌條（plate rail）滑動，并且可以用兩個螺絲（locking screw）將其鎖定在任意要拉伸的位置。最后談?wù)勀さ陌惭b，不僅僅是壓縮試驗前膜的安裝需要預拉伸，即使拉伸試驗前安裝膜的時候，也要進行大約20%的預拉伸，這里有一個好處，底部更加緊致平整。自然啦，細胞壓縮的話，膜應(yīng)該進行更充分的拉伸，這樣在隨后的壓縮試驗中膜仍舊可以保持一定的張力。當然，任何膜的拉伸都是有限度的，一般上限是100%。

 

計算機控制系統(tǒng)（Computer Control）

拉伸軟件不是圖像軟件的一部分，下圖給出了軟件運行的一個界面，幾個主要的區(qū)域一目了然：右上面是主要實驗編程區(qū)域，主界面是拉伸力的部分放大圖像。左面有運動控制按鈕和補償激活按鈕。

計算機需要滿足的最低配置：

l 軟件“JAVA”語言

l Win2000或更高版本

l 奔騰4處理器

l 1024MB的RAM

l 硬盤至少有100MB的空間

l 1024*768顯示器

 

運動補償是怎么工作（Motion Compensation）

運動補償絕對不是通過簡單的反饋機制來進行的，比如通過圖像來換算位置。運動補償基于目標區(qū)域距離膜中心的距離。在細胞拉伸和壓縮過程中，為了保持細胞樣本在顯微鏡視野范圍內(nèi)，SC裝置必須測得膜的位置。具體的做法：在安裝膜室到SC之前用軟件校準SC一次。不用關(guān)心膜夾具的距離，一維運動方向產(chǎn)生一個均勻的拉伸區(qū)域，這樣，任何點的位移都與該點到膜中心的距離的有一個簡單的線性關(guān)聯(lián)。

 

Figure2：A圖示一個沒有進行運動補償情況下，距離膜中心大約3mm的區(qū)域在6%的拉伸下，已經(jīng)移出視野

B圖示進行運動補償?shù)那闆r下，距離膜中心大約3mm的區(qū)域在6%的拉伸下仍留在視野中間

 

訂購信息：

貨號	產(chǎn)品描述	電源	含有配件	重量
1000	CELL STRETCHERS SmcCS10 MANUAL CONTROLLED，手動型		4個holder，1節(jié)電池，SR44	0.8kg
1010	CELL STRETCHERS  dcCS10  LINEAR，線型	110/220V	4個holder,電源轉(zhuǎn)換器	2kg
1020	CELL STRETCHERS dcCS10 COMPENSATION	110/220V	4個holder,電源轉(zhuǎn)換器	3.2kg
1030	CELL  STRETCHERS  dcCS10  BIAXIAL，雙軸型	110/220V	4個holder,電源轉(zhuǎn)換器	6.2kg
1040	CELL  STRETCHERS  HOLDER夾具			68g
1050	MEMBRANES 膜			25個